Luận văn: LẬP TRÌNH CHO ROBOT HÀN ALMEGA AX-V6 ĐỂ HÀN MỘT SỐ ĐƯỜNG CONG PHỨC TẠP potx

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CHO ROBOT HÀN ALMEGA AX-V6 ĐỂ HÀN MỘT SỐ ĐƯỜNG CONG PHỨC TẠP Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số:23.04.3898 Học viên: TRƯƠNG ĐÌNH LUÂN Người HD khoa học : GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 LỜI NÓI ĐẦU - Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước vấn đề tự động hoá sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng. - Mục tiêu ứng dụng Robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Sự cạnh tranh hàng hoá đặt ra một vấn đề thời sự là làm sao để hệ thống tự động hoá sản xuất phải có tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng sự biến động thường xuyên của thị trường hàng hoá cạnh tranh. Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu trong việc tạo ra những hệ thống sản xuất linh hoạt đó. - Gần nửa thế kỷ có mặt trong sản xuất, Robot công nghiệp đã có một lịch sử phát triển hấp dẫn. Ngày nay robot công nghiệp đã được dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực sản xuất. Ở giai đoạn trước những năm 1990 hầu như trong nước ta hoàn toàn chưa du nhập về kỹ thuật robot, thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật về lĩnh vực này. Từ năm 1990 nhiều cơ sở công nghiệp đã bắt đầu nhập ngoại nhiều loại robot để phục vụ sản xuất như tháo lắp dụng cụ cho các trung tâm gia công CNC, lắp giáp các linh kiện điện tử, thao tác ở các máy ép nhựa, hàn vỏ xe ôtô, xe máy, phun sơn v.v… Ở nhiều trường đại học, cao đẳng và cao đẳng nghề đã bắt đầu giảng dạy về Robot. Đặc biệt trong những năm gần đây xu thế nhập Robot công nghiệp ở các trường nghề ngày càng gia tăng để phục vụ cho học sinh, sinh viên thực tập, tiếp cận dần với nền sản xuất hiện đại. Tuy nhiên sự chuyển giao công nghệ của nhà sản xuất chưa thật như ý muốn, chưa tận dụng khai thác triệt để của thiết bị. Là một kỹ sư, đồng thời là một giáo viên tôi mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào công cuộc chung của nhà trường là đào tạo các công nhân trình độ cao, tôi mạnh dạn chọn đề tài này làm luận Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 văn tốt nghiệp: “Lập trình cho Robot hàn Almega AX-V6 để hàn một số đường cong phức tạp .” - Tôi rất vinh dự được học tập và nghiên cứu tại khoá đào tạo thạc sỹ khoá 9 của trường, đề tài tốt nghiệp của tôi được hoàn thành đúng thời hạn với sự hướng dẫn tận tình của GS.TS Trần Văn Địch, các thầy cô giáo trong và ngoài nhà trường, các bạn đồng nghiệp và sự nỗ lực của bản thân, và tôi hy vọng rằng đề tài của tôi sẽ được ứng dụng thực tế vào trong công tác đào tạo của trường Cao đẳng nghề NN&PTNT Phú Thọ, nơi tôi đang công tác. - Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô trong khoa Cơ khí, phòng đào tạo Sau đại học trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn. Tôi lấy làm biết ơn trường Cao đẳng nghề NN&PTNT Phú Thọ đã tạo điều kiện cho tôi học tập, mở mang kiến thức. Tôi xin chân thành cảm ơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RÔBÔT CÔNG NGHIỆP(IR) Chương này giới thiệu lịch sử ra đời của Robot công nghiệp, định nghĩa, ứng dụng và phân loại Robot 1.1 Sự ra đời của Robot công nghiệp 1.2 Định nghĩa về Robot công nghiệp 1.3 Phân loại Robot 1.3.1 Phân loại theo hình học 1.3.2 Phân loại theo điều khiển 1.4 Ứng dụng của Robot công nghiệp trong sản xuất 1.5 Ứng dụng Robot trong ngành hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 1.1 Sự ra đời của rôbốt công nghiệp (Inductrial robot) Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi các ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất. Xu hướng tạo ra những dây chuyền về thiết bị có tính linh hoạt cao đang dần hình thành. Các thiết bị này đang thay thế dần các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định trong lúc thị trường luôn đòi hỏi mặt hàng thay đổi về chủng loại, tính năng, mỹ thuật, vv,… Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng về robot để tạo ra các hệ thống sản suất linh hoạt. Thuật ngữ “robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1892 trong tác phẩm “Rossum ’ s Unicersal Robot” của Karel Capek. Theo tiếng Séc thì robot là người tạp dịch. Trong tác phẩm này nhân vật Rossum và con trai của ông đã tạo ra chiếc máy gần giống như con người để hầu hạ con người. Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực. Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Hoa Kỳ đã xuất hiện những cánh tay máy bất kỳ điều khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí đó, đã xuất hiện các loại tay máy chép hình thuỷ lực và điện từ, như tay máy Minotaur hoặc tay máy Handyman của General Electric. Năm 1954 George C. Devol đã thiết kế một thiết bị có tên là “ Cơ cấu bản lề dùng để chuyển hàng theo chương trình”. Đến năm 1956 Devol cùng với Joseph F. Engelber, một kỹ sư trẻ của công nghiệp hàng không, đã tạo ra loại robot công nghiệp đầu tiên năm 1959 ở công ty Unimation. Chỉ đến năm 1975 công ty Unimation m ới bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm robot đầu tiên này. Chiếc Robot công nghiệp được đưa và ứng dụng đầu tiên năm 1961 , ở một nhà máy ôtô của General Motors tại Trenton, New Jersey, Hoa Kì. Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF của Hoa Kì (American Machine and Foundry Company). Đến năm 1990 có hơn 40 công ty Nhật Bản, trong đó có những công ty khổng lồ như công ty Hitachi và công ty Mitsubishi đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot nổi tiếng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Từ những năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc. Tại trường đại học tổng hợp Stanford người ta đã tạo loại robot lắp giáp tự động điều khiển bằng máy vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác. Vào thời gian này công ty IBM đã chế tạo loại robot có cảm biến xúc giác và cảm biến lực, điều khiển bằng máy vi tính để lắp giáp các máy in gồm 20 cụm chi tiết. Vào thời điểm này ở nhiều nước khác cũng tiến hành công trình nghiên cứu tương tự, tạo ra các robot điều khiển bằng máy vi tính, có lắp đặt các thiết bị cảm biến và các thiết diện giao tiếp người với máy. Một lĩnh vực được nhiều người quan tâm là robot tự hành. Các công trình nghiên cứu tạo ra robot tự hành theo hướng bắt chước chân người hoặc súc vật. Các robot này còn chưa ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Tuy nhiên các loại xe robot (robocar) lại nhanh chóng đưa vào hoạt động trong các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt. Từ những năm 80, nhất là những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã ra tăng, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy robot công nghiệp có vai trò quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. Ngày nay, chuyên ngành khoa học về robot “robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đ ề cấu trúc cơ cấu, động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v.v… 1.2 Định nghĩa về robot công nghiệp Hiện nay có nhiều định nghĩa về Robot, có thể điểm qua một số định nghĩa như sau • Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) : Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 chuyển các đối tượng vật chất : chi tiết, dao cụ, gá lắp . . . theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau. • Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) : Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau. • Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga) : Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất 1.3 Phân loại Robot - Có hai phương pháp phân loại robot. Một là theo tính chất vật lý hay hình học của chúng. Hai là theo cách chúng được điều khiển. 1.3.1 Phân loại theo hình học Ngành công nghiệp dùng các thiết kế các robot khác nhau với các ưu nhược điểm riêng. Về cơ bản, một robot phải có 3 bậc tự do để tiếp cận tới tất cả các điểm trong không gian. Tuy nhiên nó phải có 3 bậc tự do để kẹp 1 vật thể trong không gian. Có 5 loại robot có tính chất không gian làm việc khác nhau, đó là: 1. Loại có dạng đề các (chữ nhật) (x,y,z) 2. Loại có dạng trụ (kiểu trụ) (r, θ ,z) 3. Loại có dạng cầu (kiểu toạ độ cực) (r, φθ , ) 4. Kiểu nối (nhân hình hoá hay nhân tạo) ( 321 ,, θθθ ) 5. SCARA (cánh tay máy có kết cấu lắp chọn) ( 321 ,, θθ θ ) Mỗi loại robot trên được mô tả theo 3 khớp nối đầu tiên bao gồm bậc tự do của khớp. Mỗi khớp có thể mô tả bằng toán học hoặc theo chính hệ toạ độ của chúng, mô tả này Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 có thể vẽ trong hệ toạ độ đề các. Chú ý rằng chuyển động tịnh tiến và quay của cánh tay Robot bị hạn chế bởi thiết kế robot. 1.Kiểu đề các (hình 1-1) Robot kiểu này còn gọi là tay máy kiểu giàn, có các khớp dịch chuyển theo hướng dạng hình chữ nhật. Đây là dạng mô hình hoá và về dạng toán học vì các hệ toạ độ tương ứng với hệ trục toạ độ đề các. Robot này được dùng ở những nơi cần độ chính xác rất cao, tuy nhiên không gian làm việc của nó rất hạn chế. Hình 1-1: Robot có không gian làm việc dạng hình chữ nhật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 2. Kiểu trụ: Robot này có một khớp quay và khớp tịnh tiến, 3 khớp đầu tiên của loại này ứng với 3 biến cơ bản của hệ toạ độ trụ. Chuyển động quay: θ Chuyển động cao: h Tầm với: r Hình 2-2: Robot có không gian làm việc dạng trụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Nếu vị trí của điểm tham chiếu của tay ký hiệu là ( rh,, θ ), khi đó vị trí sẽ dễ dàng xác định tại tất cả các thời điểm, nhưng nếu vị trí được cho ở một thời điểm, tức là (x,y,z) như trong trường hợp bình thường, sau đó cần thực hiện một vài phép biến đổi tay 2 hệ trục toạ độ, áp dụng phép tiếp cận mềm và giải bài toán cho 3 khớp đầu tiên, trục z có vẻ giống như trục thẳng đứng của Robot: z = h Mặt phẳng xy vuông góc với trục z và do đó song song với mặt phẳng ở đó θ quay (quanh trục z) và khoảng cách r. x = rcos θ , y = rsin θ Loại robot này đa năng hơn loại đề các. Tuy nhiên nó có độ chính xác thấp hơn. 3. Loại không gian làm việc hình cầu: Loại robot này có một khớp tịnh tiến và 2 khớp quay, 3 khớp đầu tiên của robot này tương ứng với 3 biến cơ bản của một hệ toạ độ cầu. Hình 1-3: Robot có không gian làm việc dạng cầu [...]... xỉ Hàn hoá nhiệt Hà n nổ Hàn Plasma Hàn nguội Hàn khí ép Hàn ma sát Hàn siêu âm Hàn khu yếc h tán Hàn cao tần Hàn bằng điện cực nóng chảy có vỏ thuốc Hàn tiếp xúc điểm Hàn bằng điện cực nóng chảy có khí trơ Hàn điện tiếp xúc Hàn tiếp xúc giáp mối Hàn bằng điện cực không nóng chảy trong khí trơ Hàn rèn Hàn tiếp xúc đường Hàn bằng điện cực nóng chảy trong khí hoạt tính Hàn bằng dây hàn có lõi thuốc Hàn. .. trên (hàn điện cơ, hàn điện tiếp xúc,…) 2.3.2 Phân loại theo trạng thái kim loại mối hàn ở thời điểm hàn - Theo cách phân loại này người ta chia tất cả các phương pháp hàn thành 2 nhóm: hàn nóng chảy và hàn áp lực (hình 2-1) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 19 Hàn kim loại Hàn nóng chảy Hàn hồ Hàn áp lực Hàn khí Hàn laze Hàn chu m tia điệ n tử quang Hàn điện... Sau khi hàn ra được một liên kết hàn bao gồm mối hàn và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ chức dưới tác dụng của quá trình hàn Trong thực tế các loại liên kết đó được phân loại như sau: 2.4.2 Phân loại: Một số liên kết hàn thường gặp bao gồm 4 loại (hình 2-2) a Liên kết hàn giáp mối b Liên kết hàn góc c Liên kết hàn chữ T d Liên kết hàn chồng Hình 2-2: Một số liên kết hàn thường gặp 2.5 Mối hàn và... hàn theo phương của ngoại lực a mối hàn dọc; b mối hàn ngang; c.mối hàn xiên; d mối hàn hỗn hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 28 b Phân loại mối hàn theo tính chất liên tục của đường hàn (1) Mối hàn liên tục: Mốí hàn liên tục hình thành từ đầu đến cuối đường hàn (2) Mối hàn gián đoạn: Mối hàn giàn đoạn theo chu kỳ hoặc không theo chu kỳ 2.6 Hồ quang hàn. .. các trục mối hàn Độ co dọc sẽ gây nên biến dạng dọc Ví dụ: + Nếu hàn đắp mối hàn trên một trong 2 mép của tấm thì nó sẽ bị uốn cong (hình 2-13a) + Khi hàn mối hàn chữ T một phía cũng bị biến dạng tương tự (hình 2-13b) + Khi hàn các kết cấu tấm mỏng sẽ làm cho kết cấu bị cong vênh (hình 2-13c) Hình 2-13: Các biến dạng dọc khi hàn: a) Hàn đắp mối hàn trên mép tấm; b) Hàn chữ T một phía; c) Hàn giáp mối... Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 23 2.5.3 Sự tạo thành vũng hàn a Sự tạo thành vũng hàn - Trong hàn nóng chảy kim loại que hàn và mép kim loại vật hàn nóng chảy hòa trộn vào nhau tạo thành vũng hàn (bể hàn) - Trong quá trình hàn vũng hàn chuyển dịch cùng nguồn nhiệt theo tốc độ hàn, kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng Sự chuyển động đó gây... hiện quá trình kết tinh tạo thành mối hàn Hình 2-5: Sơ đồ vũng hàn A,B: phần đầu và phần đuôi của vũng hàn; h,b,a: chiều sâu, chiều rộng và chiều dài của vũng hàn; s: chiều dày của chi tiết hàn 2.5.4 Tổ chức kim loại mối hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 24 Sau khi hàn xong kim loại que hàn và vật hàn nóng chảy kết tinh tạo thành mối hàn Mối hàn có tổ... đặc điểm, ứng dụng của hàn kim loại 2.3 Phân loại các phương pháp hàn 2.4 Phân loại các liên kết hàn 2.5 Mối hàn và sự hình thành mối hàn 2.6 Hàn hồ quang 2.7 Ứng suất và biến dạng hàn 2.8 Khuyết tật mối hàn và phương pháp kiểm tra 2.9 Giới thiệu một số công nghệ hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 2.1 Lịch sử phát triển của ngành hàn - Thời kỳ đồ đồng,... ngành hàn, hiện nay số lượng Robot hàn chiếm đến 25% tổng số Robot các loại Trong ngành công nghiệp sản xuất thì hàn đóng vai trò quan trọng, ví dụ như ngành công nghiệp ôtô, đóng tàu, Vì vậy số lượng Robot hàn được thay thế các phương pháp hàn khác rất nhiều, sở dĩ có được điều này là do tính năng vượt trội khi hàn bằng Robot như sau: + Có tính tự động cao và năng suất cao + Có thể thực hiện được các đường. .. pháp hàn - Có nhiều cách phân loại phương pháp hàn Tuy nhiên thông dụng nhất có 2 cách phân loại đó là: Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng và theo trạng thái kim loại mối hàn ở thời điểm hàn 2.3.1 Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng a Các phương pháp hàn điện: Bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến thành nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn (hàn điện hồ quang, hàn điện tiếp xúc, hàn . này làm luận Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 văn tốt nghiệp: Lập trình cho Robot hàn Almega AX-V6 để hàn một số đường cong phức tạp .”. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CHO ROBOT HÀN ALMEGA AX-V6 ĐỂ HÀN MỘT SỐ ĐƯỜNG CONG PHỨC TẠP Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số: 23.04.3898 Học viên: TRƯƠNG ĐÌNH LUÂN. phương pháp hàn theo trạng thái hàn Hàn áp lực Hàn kim loại Hàn hồ quang Hàn điện xỉ Hàn khí Hàn laze Hàn Plasma Hà n nổ Hàn nguội Hàn khí ép Hàn ma sát Hàn hoá